无线自组网定向天线邻居发现技术研究

摘要

近年来，由于无线ad hoc网络的组网灵活，抗毁性强，展开迅速以及系统成本低等优势，已经被广泛应用于军事战术网络以及应急救援等网络中。采用定向天线的无线通信方式具有抗截获、抗干扰的优点，能够提升网络容量、增大传输距离、减少能量消耗，特别适用于军事通信。然而，在无线ad hoc网络中使用定向天线进行邻居发现非常具有挑战性。 相比于传统的使用全向天线进行邻居发现，采用定向天线进行邻居发现需要节点之间的密切配合。由于节点具有移动性，其位置难以事先确定，为了保证节点间进行定向通信，需要设计鲁棒的邻居发现算法，动态、快速地获取相邻节点的方位，使得定向天线波束彼此对准。 衡量邻居发现算法性能优劣的指标之一，就是在节点事先不清楚网络中其他节点数量以及相对位置的前提下，发现其所有相邻节点的耗时长短。现有研究大多针对单波束条件下的邻居发现问题设计算法，几乎没有针对多波束定向天线邻居发现问题的研究，而且传统的单波束定向天线邻居发现算法难以直接推广到多波束定向天线的情况。为此，本论文针对不同网络场景及约束条件，设计相应的多波束定向天线邻居发现算法，主要工作有如下两点： 第一，针对同步网络设计了两种确定性的纯定向邻居发现算法，分别称之为“一发一收”算法与“行发列收”算法。两种算法均利用了quorum系统以及多波束定向天线。与现有的同步邻居发现算法不同，这两种算法即没有依赖全向天线也无需网络中节点数量的信息，每个节点按照算法设计的扇区扫描序列以及扇区收发模式序列完成邻居发现。在“行发列收”算法中，节点间采用单次握手方式，与传统多次握手方式相比，可以使得邻居发现过程的耗时大大缩短。通过仿真验证了两种算法的性能均优于现有的邻居发现算法。 第二，将“一发一收”算法推广到异步网络，分析了其在异步网络中的性能，并证明了该算法可以直接应用于部分异步网络。在此基础上，又提出了一种二周期异步算法，该算法的适应性更强，但相比于“一发一收”算法耗时更长。两种算法适用于不同的异步网络场景。最后通过仿真验证了两种算法的正确性。

目录

第一个书签之前